3.1.3. Les prothèses numériques - TPE : Les Prothèse Auditives

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Remerciements
Nous tenons à remercier
les techniciens du Centre AUDI-CLAIR de Saint–Grégoire (35)
pour les renseignements
et le matériel
qu’ils nous ont aimablement procurés…
Nous souhaitons remercier également
Monsieur B., professeur d’électronique, au lycée Joliot-Curie de Rennes (35)
pour les documents qu’il nous a fournis.
« Il n’est pire sourd
que celui qui ne veut entendre… »
mon Grand-Père
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T.P.E.
Les prothèses auditives
Plan du TPE :
1 – Introduction ………………………………………………………………………………………………………………………………………
1.1. L’audition ……………………………………………………………………………………………………………………………………
1.2. L’oreille …………………………………………………………………………………………………………………………………………
1.3. Les aides auditives ………………………………………………………………………………………………………………
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3
2 – Historique
4
……………………………………………………………………………………………………………………………………………
3 – Principe général ……………………………………………………………………………………………………………………………
3.1. Les principales catégories ……………………………………………………………………………………………
3.1.1. Les prothèses analogiques ou conventionnelles …………………………
3.1.2. Les prothèses programmables …………………………………………………………………
3.1.3. Les prothèses numériques ……………………………………………………………………………
3.1.4. Les prothèses multicanaux …………………………………………………………………………
3.1.5. Les prothèses multiprogrammes ……………………………………………………………
3.2. Les différentes prothèses ………………………………………………………………………………………………
3.2.1. Les contours d’oreilles (BTE) ……………………………………………………………………
3.2.2. Les intra auriculaires (ITE) …………………………………………………………………………
3.2.3. Les lunettes auditives ………………………………………………………………………………………
3.3. Le principe de fonctionnement …………………………………………………………………………………
3.3.1. L’alimentation …………………………………………………………………………………………………………
3.3.2. Le microphone ………………………………………………………………………………………………………
3.2.3. Le transducteur ……………………………………………………………………………………………………
3.3.4. Le haut-parleur ………………………………………………………………………………………………………
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4 – Les prothèses numériques …………………………………………………………………………………………………
4.1. Introduction ………………………………………………………………………………………………………………………………
4.2. Quelle est la différence entre analogique et numérique ? …………………
4.3. Principe de fonctionnement …………………………………………………………………………………………
4.3.1. Le microphone ………………………………………………………………………………………………………
4.3.2. Le signal d’entrée ………………………………………………………………………………………………
4.3.3. Le convertisseur analogique numérique ……………………………………………
4.3.4. L’échantillonneur …………………………………………………………………………………………………
4.3.5. Le processeur numérique de traitement du signal …………………
4.3.6. Le convertisseur numérique analogique ……………………………………………
4.3.7. L’étage puissance ………………………………………………………………………………………………
4.3.8. Le haut-parleur ………………………………………………………………………………………………………
4.4. Quels sont les avantages du numérique …………………………………………………………
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5 – Conclusion
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……………………………………………………………………………………………………………………………………………
• Glossaire
………………………………………………………………………………………………………………………………………
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• Bibliographie …………………………………………………………………………………………………………………………… 18
2
1 - Introduction
1.1. L’audition
Le son est une variation de la pression de l'air appelée pression sonore, son unité de mesure est le pascal (Pa).
La mesure de l'intensité sonore se fait grâce à une échelle en décibel SPL.
La courbe (a)
malentendante.
représente
l'audition
d'une
personne
Quelques repères :
Mouvement des feuilles mortes : 10 dB SPL ; Murmures : 20
dB SPL ; Ambiance de Classe (ventilateurs, frappe clavier
d'ordinateur, ect...) : 60 dB SPL ; Ambiance chantier : 100
dB SPL ; Marteau piqueur : 120 -130 dB SPL ; Décollage d'un
avion : 140 dB SPL
http://protheseauditive.tpe.free.fr/
1.2. L’oreille
Qu’est-ce que l’oreille : L’un des deux organes
constituant l’appareil auditif chez l'Homme (et plus
généralement chez les mammifères). C’est aussi bien
organe de l’audition que de l’équilibre. Elle est composée
de trois parties, l'oreille externe, l'oreille moyenne et
l'oreille interne.
1) Pavillon (Partie visible)
2) Conduit auditif externe
3) Tympan
4) Chaîne ossiculaire : a) Marteau b) Enclume C) Etrier
5) Caisse du tympan
6) Trompe d'Eustache
7) Cochlée (organe de l'audition)
8) Organe de Corti contenant les cellules ciliées internes et externes
9) Nerf auditif : nerf cochléaire et vestibulaire
10) Appareil vestibulaire (organe de l'équilibration).
Source : http://www.audition-grenier.com/
1.3. Les aides auditives
Le principe de la prothèse auditive est assimilable à celui d'un simple amplificateur. L'acquisition d'un son se fait
grâce à un micro, puis ce son est amplifié et restitué à l'aide d'un haut-parleur. Seulement l'amplification simple
du signal n'est pas suffisante pour améliorer l'audition du patient : sa pathologie ainsi que les bruits ambiants
doivent être pris en compte. Actuellement, les prothèses ne se contentent plus d'amplifier le son, elles sont
capables de faire un tri (filtrage) et de régler le son en fonction de l'environnement. Pour cela le signal est traité
par différents dispositifs analogiques (pour la plupart des prothèses). Ces systèmes étant limités dans la
précision, de plus en plus de constructeurs traitent le signal de manière numérique. Dans la prothèse
numérique, les améliorations ont été apportées sur la performance et la fiabilité mais aussi sur la taille, les
attentes des utilisateurs étant la miniaturisation, l'économie d'énergie et l'efficacité.
3
2 - Historique
L'homme a toujours su améliorer son acuité auditive. Le premier moyen fut certainement de porter sa
main en forme de coupe derrière son oreille. Au fil du temps, il inventa des objets de plus en plus
performants. Voici un petit historique résumant l'évolution des prothèses auditives :
Plusieurs siècles avant JC jusqu'au XVe siècle :
Le premier objet utilisé pour amplifier le son fut certainement trouvé par les
Grecs, la coquille de mer. C’est eux qui ont aussi découvert le principe de
conduction osseuse environs 200 ans avant JC. Au Moyen Âge, on se servait
des cornes d'animaux aussi bien comme porte-voix et comme cornet d'écoute
pour les malentendants.
XIXe siècle :
La première prothèse acoustique fabriquée par l'homme à été attribuée a Frédéric Charles Reim
(Londres) aux alentours de 1800. Puis vers 1805 vient la fabrication du tube acoustique et de
différents types de cornets acoustiques fabriqués jusqu'au début du 20ème. En 1876 le célèbre
Alexander Graham Bell dont la jeune femme était sourde, échoua dans sa tentative de mettre au
point une prothèse auditive afin de palier le handicap de cette dernière. Heureux hasard
cependant puisque son échec se solda par l'invention du téléphone le 10 mars 1876.
En 1879 le dentaphone (ou ostéophone) pris la place au cornet.
XXe siècle :
C'est Hutchison qui, au début du 20ème siècle, trouva le principe d'amplification électrique lui
permettant de fabriquer la première prothèse électrique au carbone. Cette prothèse fut fabriquée
aux États-Unis en 1899. Une anecdote : on dit qu'Hutchison aurait aussi inventé le klaxon
d'automobile afin de rendre la population sourde et pousser ainsi la vente de ses prothèses.
Par la suite, de 1900 a 1920 :
Amélioration du gain de la prothèse électrique au carbone. En effet, le gain de cette prothèse à ses
débuts n'était que de 10-15 dB avec un spectre fréquentiel limité à 1K- 1.8K Hz. C’est le double
microphone qui a permis d'atteindre jusqu'à 28 dB de gain.
1924 :
Introduction d’un "booster" qui permit un gain de 47 dB. Le volume s'ajustait par une résistance
variable et le contrôle des fréquences en faisant varier la tension du diaphragme du microphone.
Ce gain très important pour l’époque était malheureusement accompagné de niveaux de distorsion
et de bruits de fond très élevés dus à la résonance et à la friction des granules de carbone.
1940 :
C'est en 1920 qu’on vit apparaître la prothèse auditive à lampes mais ce n'est qu'en 1940 qu'elle a
vraiment concurrencé la prothèse auditive au carbone.
1944 :
On estime qu'il y avait encore quelque 50 000 prothèses auditives au carbone aux États-Unis. Le
règne de la prothèse auditive électronique à lampes (incluant la conduction osseuse) s'étend de
1920 à 1952 et permettait une amplification dans les 25 dB avec une qualité de reproduction
incomparable à la prothèse au carbone.
1948 :
Le transistor au germanium a été mis au point dans les laboratoires de "Bell Telephone".
Jusqu'en 1952 :
L'embout auriculaire sur mesure dans lequel prenait place l'écouteur était fabriqué à partir d'une
impression d'oreille en plâtre plutôt qu'avec du matériel à empreinte souple comme aujourd'hui.
4
1952 :
Le transistor, infiniment plus petit que la lampe, allait désormais permettre la fabrication d'une
prothèse assez petite pour être portée directement sur l'oreille. La compagnie Acousticon réussit
cet exploit en fabriquant le premier "contour d'oreille" en 1952. La nouvelle prothèse aux
transistors pouvant être portée directement sur l'oreille a connu un grand succès auprès de la
population sourde.
1955 :
Les lunettes auditives furent aussi très populaires ; la petitesse du transistor permettait
d'incorporer l'amplificateur et ses composants directement dans les montures de lunettes.
1975 :
Un nouveau microphone "électret" équipait les prothèses transistorisées. Beaucoup moins sensible
aux chocs et possédant une bande passante très large, ce microphone améliorait
considérablement le rendement de la prothèse auditive transistorisée.
Début 1977 :
La miniaturisation des circuits électroniques a progressé au point de pouvoir installer
l'amplificateur et ses composants directement dans l'embout auriculaire on pouvait maintenant
fabriquer une prothèse auditive sur mesure et l'insérer complètement dans la conque de l'oreille.
C'était la naissance de l'intra-auriculaire.
Quelques années plus tard :
La taille des circuits se faisant de plus en plus petite, la prothèse prenait de moins en moins
d'espace dans la conque de l'oreille et commençait à "s'asseoir" sur le bord du conduit auditif
(intra-canal).
Actuellement :
On a réussi un exploit longtemps attendu : insérer la totalité de la prothèse auditive dans le
conduit auditif ; ce qui permet de dissimuler l'aide auditive en la rendant pour ainsi dire invisible.
Il est possible de fabriquer des prothèses auditives dites "invisibles" qui fonctionnent avec un
circuit entièrement numérique. Ces prothèses sont de véritables petits ordinateurs capables
d'effectuer des millions de calculs à la seconde pour adapter l'environnement sonore à l'audition
résiduelle du malentendant.
5
3 - Principe général
3.1. Les principales catégories
3.1.1. Les prothèses analogiques ou conventionnelles
Les sons captés par le microphone sont convertis en signaux électriques de même nature. Ces prothèses
sont appelées conventionnelles parce qu’avant l’arrivée de la technologie numérique, le traitement
numérique était standardisé à l’ensemble des circuits.
3.1.2. Les prothèses programmables
Ce type de prothèses dispose d’un programme informatique leur permettant de garder en
mémoire les reglages de la prothèse. Un des premiers progrès de l’avancée technologique
fut de programmer ou de régler les prothèses à partir d’un ordinateur ou d’une console
informatique.
http://protheseauditive.tpe.free.fr/
3.1.3. Les prothèses numériques
Cette nouvelle technologie est une vraie révolution dans le monde des prothèses. Ici, le son capté par le
microphone est converti en nombres (code binaire), ces différents nombres pouvant êtres manipulés via
l’ordinateur. Il devient donc possible de traiter un signal sonore sur un nombre infini de paramètres. Ces
prothèses révolutionnaires sont capables d’effectuer des millions de calculs à la seconde. Elles peuvent
donc analyser l’environnement en temps réel et adapter l’amplification du son en prenant compte des
différents paramètres extérieurs. Leur qualité de son et leur grande précision surpassent les capacités de
l’analogique et s’adaptent donc mieux au besoin des clients.
3.1.4. Les prothèses multicanaux
Elles peuvent êtres munis de 2, 3 ou plusieurs autres canaux mais en général 2 suffisent. En général un
canal est dédié au traitement d’une fréquence. On peut donc modifier une partie du spectre fréquentiel
sans agir sur l’autre et vu que chaque canal est indépendant de l’autre, on peut traiter le signal de façon
différente pour chacun des canaux. Chaque partie du spectre est modifiée indépendamment par un
canal, puis, en sortie, on assemble les différents canaux pour créer la modification sonore voulue. Cette
catégorie étant compliquée nous ne rentreront pas dans les détails.
3.1.5. Les prothèses multiprogrammes
Différentes configurations sont réglées, enregistrées dans des mémoires et utilisées pour s’adapter aux
différents environnements sonores. C’est comme si le malentendant possédait plusieurs prothèses
auditives et qu’il les choisissait pour telle ou telle situation particulière.
Certaines prothèses s’ajustent automatiquement en fonction des éléments extérieurs pour choisir le
programme qui semble plus approprié pour l’environnement sonore.
6
3.2. Les différentes prothèses
Tout d'abord nous nous devons de décrire les différentes prothèses auditives de la plus a la moins
répandue.
3.2.1. Les contours d'oreilles (BTE)
C'est la prothèse la plus utilisée de nos jours (60% du marché de la
*
*
prothèse auditive). Elle est hélas visible mais très fiable. L'électronique est
logée dans une coque qui se loge derrière le pavillon auditif, le son est
canalisé par un tube de l'embout interne de l'oreille jusqu'au conduit
auditif. En règle générale, les BTE procurent une amplification plus grande
que les appareils de taille plus réduite en raison d'une plage de puissance
plus large et d'une alimentation plus puissante. Ils conviennent donc aux malentendants atteint de tous
types de surdité aussi bien légère que profonde. Aujourd'hui de plus en plus de contours d'oreilles sont
miniaturisés et les plus récents d'entre eux bénéficient d'une technologie numérique.
*
http://protheseauditive.tpe.free.fr/
3.2.2. Les intra-auriculaires (ITE)
*
L'intra-auriculaire est une prothèse très discrète ce qui conduit un grand
nombre de malentendants à choisir ce type de prothèses (35% du
marché). Les fabricants ont donc mis au point des appareils d'une grande
discrétion, ayant les mêmes performances et les mêmes réglages que les
contours d'oreilles. Après une prise d'empreinte, la coque (renfermant les
composants électroniques) est fabriquée sur mesure. Les appareils intra
sont utilisés dans des cas de perte moins importantes dans la mesure où le taille de
l'instrument influe sur le niveau d'amplification. Ils se logent directement dans le creux
de l'oreille. Ils peuvent être de deux sortes:
• L'Intra-conduit
*
L'intra-conduit se place à l'intérieur du conduit auditif. Il permet de
corriger des surdités faibles et moyennes. Ses capacités sonores sont
excellentes, mais sa miniaturisation le rend fragile et délicat à régler.
*
• Intra-profond (ou intra-conque)
L'intra-conque se pose dans la conque du pavillon de l'oreille. Il est
*
préconisé dans les cas de surdité moyennes et sévères. D'une
technologie similaire à celle des contours d'oreilles, il présente
l'avantage d'être plus discret (position au creux de l'oreille). Certains
modèles se passent de bouton de mise en marche, celle-ci étant
alors automatique au contact de la peau.
*
* Source : www.ordreaudio.qc.ca
7
*
3.2.3. Les lunettes auditives
Ce type de prothèse auditive transmet l'information sonore non pas par la voie aérienne mais
par la voie osseuse. L'appareil se présente comme une branche de lunette. Après le
traitement, les sons captés sont restitués sous forme de vibrations puis transmises au
vibrateur qui, placé en bout de branche, fait contact avec la mastoïde. Ce type de prothèse est utilisé
pour des patients inappareillables par conduction aérienne.
*
3.3. Le principe de fonctionnement
Il faut savoir que toutes ces différentes prothèses comportent la même structure interne à savoir
l'alimentation, le microphone, le transducteur qui traite le signal et le haut-parleur.
3.3.1. L'alimentation
L'alimentation est habituellement une pile ou
parfois, sur les implants cochléaires, une
batterie rechargeable séparément sur le
secteur. La batterie est une alimentation qui
est responsable des trois quarts du volume
et de l'appareillage et de son poids, malgré
la miniaturisation des pièces. Une prothèse
consomme d'autant plus d'énergie que la
perte auditive est grande.
3.3.2. Le microphone
Le microphone capte le signal extérieur
(musique, parole...). Il existe deux types de
signaux:
• les directionnels (Cf.4.3.1)
• les omnidirectionnels (Cf.4.3.1)
http://protheseauditive.tpe.free.fr/
3.3.3. Le transducteur
Le transducteur ou traducteur effectue les « traitements » ou modifications du signal d'entrée et le
modifie en un signal de sortie mieux adapté aux différents patients.
3.3.4. Le haut-parleur
Le haut-parleur est une petite membrane qui vibre sous l'action du courant électrique venu d'un
transducteur. Il doit être placé de façon à éviter l’effet larsen.
Effet Larsen : La grande difficulté des appareils auditifs est l'effet Larsen. Lorsque le haut-parleur est
près du microphone et lorsque l'on a une grande amplification, le son émis est entendu par le hautparleur est entendu par le microphone. Celui-ci amplifie donc le signal et se produit un cercle vicieux qui
se matérialise par un sifflement strident.
* Source : auditionmassy.free.fr
8
4 – Les prothèses numériques
4.1. Introduction
Les premières aides auditives numériques sont apparues en 1996. Il faut savoir que la technologie du
numérique peut, selon les cas de surdité, s’appliquer aux contours d’oreille ou aux intra-auriculaires.
Son principe est le suivant : le son capté par le micro, arrive vers un décodeur analogique ou il est
numérisé. L’analyse et le découpage du son se font dans un délai inférieur à celui mis par le système
nerveux pour l’analyser ce qui les rend négligeable dans la perception d’un son par la personne
malentendante. L’appareil numérique mesure plusieurs milliers de fois par secondes l’intensité d’un son
pour permettre une adaptation immédiate à l’environnement. Les manipulations sonores peuvent être
réalisées avec précision en quelques millionièmes de seconde, l’appareil analogique demandant 4
millisecondes pour diminuer le son et 100 millisecondes pour revenir à l’intensité sonore initiale. Le
microphone capte un signal, qui est tout d’abord amplifié puis ensuite converti en un signal numérique,
le microprocesseur traite ensuite l’information puis on convertie de nouveau le signal en un signal
analogique, on l’amplifie puis il ressort dans un haut parleur.
4.2. Quelle est la différence entre analogique et numérique ?
Les phénomènes qui nous entourent sont quasiment tous continus, c'est-à-dire qu’ils passent d'une
valeur à une autre sans discontinuité.
Ainsi, lorsque l'on désire reproduire les valeurs du phénomène, il s'agit de l'enregistrer sur un support,
afin de pouvoir l'interpréter pour reproduire le phénomène original de la façon la plus exacte possible.
Lorsque le support physique peut prendre des valeurs continues, on parle d'enregistrement analogique.
Par exemple une cassette vidéo, une cassette audio ou un disque vinyle sont des supports analogiques.
En revanche, lorsque le signal ne peut prendre que des valeurs bien définies, en nombre limité, on parle
alors de signal numérique.
La représentation d'un signal analogique est donc une courbe, tandis qu'un signal numérique pourra être
visualisé par un histogramme :
De cette façon, il est évident qu'un signal numérique est beaucoup plus facile à reproduire qu'un signal
analogique (la copie d'une cassette audio provoque des pertes...).
9
La Numérisation
La transformation d'un signal analogique en signal numérique est appelée numérisation. La numérisation
comporte deux activités parallèles : l'échantillonnage (en anglais sampling) et la quantification.
L'échantillonnage consiste à prélever périodiquement des échantillons d'un signal analogique. La
quantification consiste à affecter une valeur numérique à chaque échantillon prélevé. La qualité du signal
numérique dépendra de deux facteurs:
• la fréquence d'échantillonnage (appelé taux d'échantillonnage) : plus celle-ci est grande (c'est-àdire que les échantillons sont relevés à de petits intervalles de temps) plus le signal numérique
sera fidèle à l'original ;
• le nombre de bits sur lequel on code les valeurs (appelé résolution): il s'agit en fait du nombre
de valeurs différentes qu'un échantillon peut prendre. Plus celui-ci est grand, meilleure est la
qualité.
Ainsi, grâce à la numérisation on peut garantir la qualité d'un signal, ou bien la réduire volontairement
pour:
•
•
•
•
•
diminuer le coût de stockage ;
diminuer le coût de la numérisation ;
diminuer les temps de traitement ;
tenir compte du nombre de valeurs nécessaires selon l'application ;
tenir compte des limitations matérielles.
4.3. Principe de fonctionnement
Tachons d’expliquer les différents composants d’une prothèse numérique :
Schéma structurel d'une prothèse numérique
Source : Agrégation externe de génie électrique 2000, Épreuve d'électronique, Sujet : Éléments d'une prothèse auditive numérique
4.3.1. Le microphone
Le microphone peut capter deux types de signaux : le signal directionnel et le signal omnidirectionnel. La
différence entre ces deux signaux est très simple. Par exemple dans un bar avec un fond sonore
important lorsque l’on veut faire abstraction de l’environnement pour se concentrer sur le son de la voi
d’un individu précis, on règle son appareil avec un signal directionnel et inversement lorsque l’on veut
entendre une foule de personnes ou un environnement dans sa totalité, on règle son appareil avec un
signal omnidirectionnel.
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4.3.2. Le signal d’entrée
Le signal d’entrée est modifié par deux composants à savoir l’amplificateur
et le filtre anti-repliement :
- l’amplificateur qui comme son nom l’indique amplifie le signal
arrivé en provenance du microphone ;
- le filtre anti-repliement (ou autrement appelé filtre passe bas) dont
la caractéristique est assimilable à la courbe ci-après permet
d’atténuer le signal de manière à avoir la fréquence divisée par 2, ce
qui veut dire que la valeur du signal est inférieur au quantum du CaN
(Convertisseur Analogique–Numérique) qui suit, de manière à éviter
tout repliement.
Source : Agrégation externe de
génie électrique 2000, Épreuves
d'électronique
Source : http://perso.wanadoo.fr/moulesj/mesure/repli.htm
Etude temporelle
Etude fréquentielle
S(t) signal brut
S(f) signal brut
S*(t) signal échantillonné
S*(f) signal échantillonné
Te Période d'échantillonnage fe fréquence d'échantillonnage
Repliement de spectre : Si la fréquence maximale du signal appelé fm est supérieure à la moitié de la
fréquence d'échantillonnage fe, on a un repliement de spectre, ce qui peut entraîner toutes sortes
d'erreurs :
• Un signal complètement inexploitable ;
• Ajout d'une composante continue ;
• Effet larsen ;
• etc...
Source : http://perso.wanadoo.fr/moulesj/mesure/repli.htm
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4.3.3. Le convertisseur analogique numérique
Ce convertisseur sert à transformer le signal analogique issu de l’amplificateur et du filtre anti-repliement
en un signal qui peut être traité par le microprocesseur (signal numérique). Les différentes actions sont
organisées par l’horloge. Un convertisseur analogique numérique (CAN) est un appareil permettant de
transformer en valeurs numériques un phénomène variant dans le temps. Lorsque les valeurs
numériques peuvent être stockées sous forme binaire (donc par un ordinateur), on parle de donnée
multimédia. Un ordinateur dit « multimédia » est une machine capable de numériser des documents
(papier, audio, vidéo) Les principaux périphériques comportant des convertisseurs analogique numérique
sont:
• les cartes d'acquisition vidéo ;
• les scanners ;
• les cartes de capture sonore (la quasi-totalité des cartes-sons) ;
• la souris, l'écran et tout mécanisme de pointage ;
• les lecteurs (optiques comme le lecteur cd CD-ROM, magnétiques comme le disque-dur) ;
• les modems (à la réception).
4.3.4. L’échantillonneur
L’échantillonnage est une fonction de l’électronique fondamentale dès lorsque l’on étudie le
traitement du signal. Le théorème de Shannon stipule que pour pouvoir numériser correctement un
signal, il faut échantillonner à une fréquence double (ou supérieure) à la fréquence du signal
analogique que l’on échantillonne.
4.3.5. Le processeur numérique de traitement du signal
Le processeur numérique (DSP) traite un signal numérique. Il n’est capable que de faire des opérations
de base : additions et multiplications de valeur. Il assure le filtrage numérique :
a(x)
µp
b(x)
Sans filtrage : a(x) = b(x)
Un filtrage permet de changer la courbe a(x) en une courbe b(x) en se servant d’une constante k qui est
défini pour chaque prothèse en fonction du besoin du malentendant.
b(x) = a(x) x k1 + a(x)n-1 x k2 + a(x)n-2 x k3
Ainsi en fonction de k on réduira plus ou moins l’allure de la courbe a(x)
ce qui en fait qui diminuera plus ou moins une fréquence donnée.
___ a(x) fréquence analogique
___ a(x) fréquence numérique
……… b(x) fréquence analogique
……… b(x) fréquence numérique
12
4.3.6. Le Convertisseur Numérique Analogique
Le haut-parleur n’étant pas capable de traiter un signal numerique, celui-ci doit être converti en
analogique. Les convertisseurs numérique analogique permettent donc de restituer un signal numérique
en signal analogique. En effet, si une donnée numérique est plus facile à stocker et à manipuler, il faut
tout de même pouvoir l'exploiter.
Ainsi, sur un ordinateur multimédia on trouve des convertisseurs numérique analogique pour la plupart
des sorties:
• sorties audio des cartes-sons ;
• synthétiseur musical ;
• imprimante ;
• modem (à l'émission)…
4.3.7. L’étage de Puissance
L’étage de puissance est l’endroit où l’on amplifie le signal qui va ensuite vers le haut-parleur. Une pile et
un push-pull permettent cette amplification.
http://protheseauditive.tpe.free.fr/
Ce montage ne sert pas à augmenter le voltage du signal, mais son ampérage, comme le montre les
relevés ci-dessous :
http://protheseauditive.tpe.free.fr/
Le message de sortie obtiens donc un ampérage plus élevé que celui d’entrée, l’amplification pouvant
être réglé par un potentiomètre.
13
4.3.8. Le Haut Parleur
Le signal en provenance du convertisseur numérique analogique passe par un bobinage, ce même
bobinage qui fait vibrer une tige métallique accrochée une membrane et dont il résulte un son. C’est en
quelque sorte le principe inverse du microphone.
4.4. Quels sont les avantages du numérique
Les nouveaux appareils numériques apportent un meilleur confort que leurs descendants. L’utilisateur
peut, s’il le désire, programmer l’amplification selon différents canaux fréquentiels. Ils amortissent
différents bruits forts ou brusques, modulent l’amplification des différences de la voix, s’adaptent plus
rapidement d’une voix à l’autre, distinguent mieux les syllabes les unes des autres. Dans un
environnement plus bruyant, il est prouvé que les prothèses numériques apportent une meilleure
audition grâce aux filtrages de bruits de fond. De plus, on peut opter pour une captation directionnelle,
c'est-à-dire atténuer les bruits venant de tous les côtés pour privilégier le message venant de
l'interlocuteur. Cependant les prothèses numériques ne conviennent qu’aux sujets atteint de surdités
légères, moyennes ou sévères (n’excèdent en général pas 80% de perte). Le côté esthétique est un
aspect primordial de la vie de tous les jours, c’est pourquoi le côté discret et l’esthétique furent améliorés
au cours de ces dernières années.
14
5 - Conclusion
Comme on a pu le voir dans l'historique, l'avancée technologique de ces dernières années est majeure.
On notera comme évolution principale l'arrivée du numérique qui remplacera peu à peu l’analogique... En
effet en quelques années, ce progrès technologique a permis de concevoir des prothèses de plus en plus
petites et de plus en plus performantes.
Les prothèses numériques apparaissent donc en 1996, équipées de microprocesseurs, elles ont pour
avantages de prendre moins de place, d'avoir une meilleure qualité du message traité et donc restitué,
ce qui aboutit a un meilleur confort d'écoute et a un meilleur traitement du son en milieu bruyant.
Si la majorité des personnes malentendantes portent encore des prothèses analogiques c’est pour deux
raisons :
• Les personnes habituées aux prothèses analogiques ont du mal à passer aux prothèses
numériques notamment parce que les prothèses numériques ne possèdent pas de potentiomètre
manuel. Certains constructeurs s’efforcent d’en ajouter sur leurs prothèses numériques afin de
répondre aux demandes des clients ;
• Le prix d’une prothèse analogique varie entre 1200 et 1400 € avec un remboursement de 900 €
par la sécurité sociale en France. Pour les prothèses numériques, le remboursement est le même,
mais les prix tournent autour des 2000 € pour un produit fiable. Un implant cochléaire lui coûte
environ 20 400 €…
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Glossaire
A
Acuité
Degré de sensibilité d’un sens.
Amplificateur
Appareil ou dispositif destiné à amplifier l’amplitude d’un phénomène (oscillation
électrique dans notre cas) et qui fournie une puissance utile de sortie supérieur à la
puissance d’entrée.
Analogique
Se dit de données représentées par la variation continue d'une grandeur physique,
par opposition à numérique
B
Bande passante
Débit théorique de la réception et de l’émission de l’utilisateur : différence, calculée
en Hertz, entre la plus haute et la plus basse fréquence lors d'une transmission de
données.
Binaire
Qui ne peut prendre que deux valeurs : Vrai ou Faux, 1 ou 0
BTE
Abréviation anglaise de « contour d’oreille »
C
CAN
Convertisseur Analogique Numérique (converti un signal analogique en signal
numérique)
CNA
Convertisseur Numérique Analogique (converti un signal numérique en signal
analogique)
Contour d’oreille
Prothèse auditive se plaçant autour de l’oreille : L'électronique est logée dans une
coque qui se loge derrière le pavillon auditif
D
Décibel SPL
E
Effet Larsen
Embout
auriculaire
G
Gain
I
Implants
cochléaires
Unité de mesure du son, sous multiple du Bel
La grande difficulté des appareils auditifs est l'effet Larsen. Lorsque le hautparleur est près du microphone et lorsque l'on a une grande amplification, le
son émis est entendu par le haut-parleur est entendu par le microphone. Celuici amplifie donc le signal et se produit un cercle vicieux qui se matérialise par
un sifflement strident.
Fabriqué en silicone sur mesure, sert à canaliser le son vers le conduit auditif
externe sur un contour d’oreille
Le gain d'un transistor bipolaire est le rapport entre son courant de collecteur
et son courant de base, lorsque le transistor fonctionne en mode dit linéaire,
c'est-à-dire non-saturé. Ce gain est souvent désigné par la lettre bêta (ou
parfois H21)
Dispositif électronique greffé dans le conduit auditif destiné aux malentendants
affectés de tout type de surdité
Intraauriculaires
Prothèse auditive très discrète, ayant les mêmes performances et les mêmes
Intra-conduit
Prothèse auditive se plaçant à l'intérieur du conduit auditif
Intra-profond
Prothèse auditive se posant dans la conque du pavillon de l'oreille. Il est
Intra-conque
(Voir Intra-profond)
réglages que les contours d'oreilles
préconisé dans les cas de surdité moyennes et sévères.
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M
Mastoïde
Os du crâne
Microphone
Appareil convertissant une vibration en signal électrique
N
Numérique
O
Oreille
L'électronique numérique regroupe les systèmes électroniques dont le
fonctionnement est basé sur des états électriques précis dont le nombre et la valeur
est fixé à l'avance pendant la conception de ces systèmes, chaque état
correspondant en général une valeur numérique, en opposition avec analogique
L’un des deux organes constituant l’appareil auditif chez l'Homme (et plus
généralement chez les mammifères). C’est aussi bien organe de l’audition que
de l’équilibre. Elle est composée de trois parties, l'oreille externe, l'oreille
moyenne et l'oreille interne.
P
Pascal
Unité de pression (Pa)
Pavillon
Partie visible de l’oreille
Pression
Force qui agit sur une surface donnée (sa mesure SI est le Pascal)
R
Repliement
spectre
S
Son
de Un repliement de spectre se produit si le µp n’a pas eu le temps de traiter un signal
lors de l’arrivée d’un autre, il cumulera ainsi les signaux créant en sortie un son
semblable au larsen
Sensation auditive causée par les perturbations d’un milieu élastique fluide ou solide
(spécialement l’air)
T
Transducteur
Dispositif convertissant des grandeurs physiques (ex : CAN)
Transistor
Ici amplificateur
V
Voie aérienne
Ici transmission des sons par l’air
Voie osseuse
Ici transmission des sons par les os
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Bibliographie
Ouvrages
Agrégation externe de génie électrique 2000, Épreuve d'électronique, Sujet : Éléments d'une prothèse auditive
numérique.
Agrégation externe de génie électrique 2000, Épreuve d'électronique, Éléments de réponses : Éléments d'une
prothèse auditive numérique.
Dictionnaires et Encyclopédies
Christel SORIN et Marie-Claire BOTTE, AUDITION - Psycho-acoustique, EncyclopÆdia Universalis 10.0 version
Mac.
Le petit Robert, 2003. Diverses définitions.
Sites Web
RECHERCHER, http://encyclopedie.journaldunet.com/ , 64k, Diverses définitions.
Stéphane GRENIER. Le système auditif, http://www.audition-grenier.com/systeme_auditif.htm, 11k.
Congrès annuel des audioprothésistes 2004. http://www.ordreaudio.qc.ca/, 7k.
Audition plus. http://auditionmassy.free.fr/, 20k
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